طريقة اقتصادية غير ملوثة تُحول الكربون إلى «إيثيلين»

باستخدام نهج التحليل الكهربائي

رسم توضيحي للذرات المارّة عبر الماء وغشاء مكهرب تحت أشعة الشمس (الفريق البحثي)

اكتشف فريق من الباحثين بجامعة إلينوي الأميركية في شيكاغو، بقيادة الباحث مينش سينغ، طريقة لتحويل مائة في المائة من ثاني أكسيد الكربون الملتقط من العادم الصناعي إلى «إيثيلين»، وهو لبنة أساسية للمنتجات البلاستيكية.
وبينما كان الباحثون يستكشفون إمكانية تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى «الإيثيلين» لأكثر من عقد، فإن نهج فريق جامعة إلينوي، الذي أُعلن عنه في 9 سبتمبر (أيلول) الحالي بدورية «سيل ريبورتيز فيزيكال ساينس»، هو أول ما حقق استخداماً بنسبة نحو مائة في المائة لثاني أكسيد الكربون لإنتاج الهيدروكربونات.
وتستخدم الطريقة نظام التحليل الكهربائي لتحويل غاز ثاني أكسيد الكربون الملتقط إلى «إيثيلين» عالي النقاء، مع أنواع أخرى من الوقود القائم على الكربون والأكسجين بصفتها منتجات ثانوية، ويمكن لهذه العملية تحويل نحو 6 أطنان مترية من ثاني أكسيد الكربون إلى طن متري واحد من «الإيثيلين»، وإعادة تدوير كل ثاني أكسيد الكربون الملتقط تقريباً. ونظراً إلى أن النظام يعمل بالكهرباء، فإن استخدام الطاقة المتجددة يمكن أن يجعل العملية سلبية الكربون.
ووفقاً لسينغ، فإن نهج فريقه يتجاوز هدف صافي الصفر الكربوني لتقنيات احتجاز الكربون، إلى توفير قيمة مضافة كبيرة، فمقابل كل طن من «الإيثيلين» يتم إنتاجه، فإنك تأخذ 6 أطنان من ثاني أكسيد الكربون من مصادر ثابتة والتي لولا ذلك لانطلقت في الغلاف الجوي.
واعتمدت المحاولات السابقة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى «إيثيلين» على مفاعلات تنتج «الإيثيلين» ضمن تيار انبعاث ثاني أكسيد الكربون المصدر.
وفي هذه الحالات، يتحول ما لا يزيد على 10 في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون إلى «إيثيلين»، ويجب فيما بعد فصل «الإيثيلين» عن ثاني أكسيد الكربون في عملية كثيفة الطاقة، غالباً ما تشتمل على الوقود الأحفوري.
وفي نهج جامعة إلينوي، يُمرر تيار كهربائي عبر خلية، نصفها مملوء بثاني أكسيد الكربون الملتقط، والنصف الآخر بمحلول قائم على الماء، ويقوم المحفز المكهرب بسحب ذرات الهيدروجين المشحونة من جزيئات الماء إلى النصف الآخر من الوحدة مفصولة بغشاء، حيث تتحد مع ذرات الكربون المشحونة من جزيئات ثاني أكسيد الكربون لتكوين «الإيثيلين».
ومن بين المواد الكيميائية المصنعة في جميع أنحاء العالم، يحتل «الإيثيلين» المرتبة الثالثة بعد الأمونيا والإسمنت، ولا يستخدم في صناعة المنتجات البلاستيكية للتعبئة والتغليف والصناعات الزراعية والسيارات؛ فحسب، بل أيضاً لإنتاج المواد الكيميائية المستخدمة في مانعات التجمد والمعقمات الطبية.
ويُصنع «الإيثيلين» عادةً في عملية تسمى التكسير بالبخار، تتطلب كميات هائلة من الحرارة، ويولد التكسير نحو 1.5 طن متري من انبعاثات الكربون لكل طن من الإيثيلين الناتج. وفي المتوسط، ينتج المصنعون نحو 160 مليون طن من الإيثيلين كل عام، مما ينتج عنه أكثر من 260 مليون طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في جميع أنحاء العالم.
وبالإضافة إلى «الإيثيلين»، تمكًّن علماء جامعة إلينوي من إنتاج منتجات أخرى غنية بالكربون مفيدة للصناعة من خلال نهج التحليل الكهربائي، كما حققوا أيضاً كفاءة عالية جداً في تحويل الطاقة الشمسية، حيث قاموا بتحويل 10 في المائة من الطاقة من الألواح الشمسية مباشرة إلى منتج كربوني، وكانت كفاءة تحويل الطاقة الشمسية نحو 4 في المائة، وهو تقريباً معدل التمثيل الضوئي نفسه.